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El problema energético de las TIC
Reparto de la energía
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El problema energético de las TIC
La potencia se pierde durante los períodos ociosos.
¿Podríamos apagar las máquinas? ¿Ralentizar los componentes?
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Prestaciones energéticas
Revisemos conceptos que deberíamos tener
energía = potencia * tiempo
La energía se mide en kWh o en Joule (watt * segundo).
La potencia se mide en W o en kW o en MW
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Prestaciones energéticas
Tenemos tres variables a medir: energía, potencia y tiempo.
La energía y el tiempo son fáciles de medir.
Pero con la potencia se nos plantea el problema de decidir la potencia que vamos a medir: ¿La máxima? ¿La media? ¿De qué parte de la instalación?
Hay que distinguir también entre potencia estática y potencia instantánea.
Además queremos relacionar la potencia consumida con el trabajo realizado: benchmarks.
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Prestaciones energéticas
Benchmarks relacionados con la potencia
Green500
Para computación de altas prestaciones: calcula Flops/watt usando el LinPack
Está publicada la lista de los 500 mejores resultados.
Ejemplo: El primero de la lista (noviembre 2010), el NNSA/SC Blue Gene/Q Prototype del IBM Thomas J. Watson Research Center daba 1684.20 MFlops/Watt.
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Prestaciones energéticas
Benchmarks relacionados con la potencia (cont.)
Standard Performance Evaluation Corporation: SpecPower
Para servidores java: calcula server-side-java operations/watt (ssj ops/W), incluyendo el tiempo ocioso en cargas específicas.
Ejemplo: el mejor de la lista de resultados es el Fujitsu PRIMERGY TX140 S1 (Intel Xeon E3-1260L) que da 4,549 ssj/W
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Prestaciones energéticas
Benchmarks relacionados con la potencia (cont.)
Transaction Processing Council: TPC-Energy
Para aplicaciones transaccionales: calcula watts/carga
Ejemplo: para procesar una carga transaccional típica en servidores HP se obtuvieron 5.84 W/transacción por segundo.
Benchmarks de vendedores
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Prestaciones energéticas
Acciones para mejorar la eficiencia energética de los servidores web distribuidos:
A nivel de red, la idea sería disminuir el uso total de la red:
Moviendo grandes cantidades de datos a través de rutas que consuman menos energía
Optimizando la situación de las réplicas de los datos para minimizar la utilización de los equipos
Minimizando el tiempo necesario para transferir datos
Reduciendo los datos que deben transmitirse.
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Prestaciones energéticas
Acciones para mejorar la eficiencia energética de los servidores web distribuidos (cont.):
A nivel de hardware: durante mucho tiempo se creyó que era la única forma de reducir el consumo de energia.
Hardware con buena eficiencia energética: hardware más rápido reducirá la potencia y el tiempo y, por lo tanto, la energía.
Estados de consumo de potencia en la CPU: la potencia puede caer algunos watt cuando está ociosa (automáticamente o por software).
Núcleos desconectados, discos parados, tarjetas de red en estado dormido, etc.
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Prestaciones energéticas
Acciones para mejorar la eficiencia energética de los servidores web distribuidos (cont.):
A nivel de servidor, maximizar la eficiencia energética por el conocimiento de la relación entre la utilización de los recursos y el consumo de potencia a nivel del sistema por:
Consolidación de las cargas de trabajo.
Construcción de modelos potencia-prestaciones para servidores ejecutando diferentes cargas de trabajo web.
Virtualización de servidores.
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Prestaciones energéticas
Acciones para mejorar la eficiencia energética de los servidores web distribuidos (cont.):
A nivel de la aplicación, se debe favorecer el conocimiento del contexto de las aplicaciones. El desarrollo de técnicas de minería de datos sobre el conocimiento de la energía darán soporte a un uso eficiente de la energía a nivel de las aplicaciones.
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Prestaciones energéticas
Los nuevos retos serán como reducir el consumo de potencia de forma colaborativa no sólo como esfuerzos individuales sobre los dispositivos sino obteniendo una calidad de servicio óptima.
Estos nuevos retos de las prestaciones propondrán modelos alternativos realistas de la eficiencia energética y estudiarán nuevas soluciones para los benchmarks.
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Prestaciones energéticas
Mientras que en la actualidad se invierte mucho esfuerzo en soluciones específicas de hardware para rebajar el consumo de energía, es necesario un enfoque complementario desde el punto de vista de la aplicación.
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Prestaciones energéticas
La ingeniería de prestaciones deberá caracterizar el consumo de energía y la eficiencia energética de las aplicaciones en los servidores.
Entonces, basados en las posibilidades de adaptación de hardware actual y en las redes de interconexión, los ingenieros de prestaciones caracterizarán el equilibrio que debe existir entre los ahorros de energía y los parámetros funcionales y no funcionales del sistema y la aplicación.
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Prestaciones energéticas
A continuación proponemos una lista incompleta de aspectos de prestaciones del Green ICT poniendo juntas las tecnologías informáticas, las redes, la optimización y sus aspectos de evaluación de prestaciones y de potencia.
Modelos de consumo de energía/prestaciones.
Nuevos métodos de simulación, de benchmark y herramientas de monitorización considerando dispositivos, redes y su correspeondiente consumo de energía.
Centros de cálculo eficientes desde el punto de vista energético: esto se realizará a diferentes niveles, es decir a nivel de centro de datos, de la carga y de la gestión del servidor, respectivamente.
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Prestaciones energéticas
Lista incompleta de aspectos de prestaciones del Green ICT (cont.):
Redes eficientes desde el punto de vista energético a diferentes niveles (dispositivos de red, protocolos de comunicación y control, diseño de arquitecturas de red, y prestaciones de la red).
Diseño de software Green: a nivel de compilador sobre las optimizaciones de las estructuras algorítmicas y de datos para los sistemas en grid. También a nivel de aplicación para investigar los aspectos en las aplicaciones especificando los requerimientos de prestaciones/consumo de potencia que el usuario espera de estos servicios.
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Prestaciones energéticas
Lista incompleta de aspectos de prestaciones del Green ICT (cont.):
Diseño para el conocimiento de la energía: autorización de la visión social del uso de productos y servicios por incremento de la visibilidad de las elecciones de la energía durante la operación.
Gestión de las métricas de Green ICT: indicadores de las prestaciones/energía a partir de la monitorización del centro de datos para el gobierno/gestión de las TIC.
Middleware consciente de la potencia para los centros de datos: gestión inteligente de la potencia para máquinas virtualizadas, virtualización y benchmark consciente de la potencia.
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Prestaciones energéticas
Lista incompleta de aspectos de prestaciones del Green ICT (cont.):
Encaminamiento energéticamente eficiente: diseño de clasificadores de paquetes para alta velocidad y bajo consumo de potencia.
Asignación de ancho de banda energéticamente eficiente: haciendo recursos de mínimo consumo de energía en los equipos de la red.
Energía y cálculo distribuido: ubicación de agentes móviles, ubicación de la carga de trabajo, migración de máquinas virtuales, asignación de recursos P2P, etc, proporcionando medios para desarrollar estrategias de asignación con conocimiento de la energía.
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Prestaciones energéticas
Lista incompleta de aspectos de prestaciones del Green ICT (cont.):
Sistemas de gestión de bases de datos ecológicos: gestión de la energía consumida durante el proceso de interrogaciones y considerando la agregación de interrogaciones en la carga de trabajo.
Algoritmos energéticamente eficientes: Escalado dinámico de velocidades e integración de clientes para rebajar la potencia pero manteniendo la capacidad de reacción de los sistemas.
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Prestaciones energéticas
Lista incompleta de aspectos de prestaciones del Green ICT (cont.):
Gestión dinámica de las prestaciones: los modelos de programación para la nube se basan en el uso de tareas planificadas a través de grandes centros de datos, aprovechando las ventajas de las prestaciones/paralelismo y potencia.
Etc.
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Inclusión de la energía
No se puede gestionar lo que no se puede medir
Hasta hace poco al ir a instalar un sistema nos preocupaba que:
Funcionalmente diera resultados correctos
No funcionalmente tuviera comportamientos fiables y temporalmente aceptables.
Actualmente, visto el consumo energético de los sistemas actuales, exigimos que el sistema tenga también restricciones energéticas.
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Inclusión de la energía
Relacionar el consumo de energía con el concepto tradicional de QoS o desempeño exigirá disponer de informaciones fiables que relacionen las operaciones elementales (acceso a un disco, ejecución de código, envío de un mensaje, etc.) no sólo con el tiempo, sino también con su consume energético.
Mientras no los tengamos lo único que se podrá hacer serán bonitos estudios teóricos.
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Inclusión de la energía
Cuando los tengamos podremos comparar soluciones que den la QoS o el desempeño deseados en función del consumo de energía de cada una de ellas.
Y decidir mediante un proceso de optimización multi-objetivo cual es la solución más adecuada a nuestras necesidades desde ambos puntos de vista:
Energético
QoS o desempeño
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Conclusiones
El consumo energético de las TIC puede bloquear su crecimiento o entrar en niveles inaceptables.
Hemos de ser capaces de medir la energía consumida por las operaciones habituales
Hemos de disponer de elementos de comparación de sistemas en términos energéticos.
Hemos de ser capaces de construir modelos que incluyan las variables de la QoS y la energía.
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